Изучение теплообмена излучением
Цель работы: определить интегральный коэффициент излучения тонкой вольфрамовой проволоки, нагретой электрическим током.
1. Теоретические основы работы
В основе калориметрического метода лежит уравнение для результирующего потока излучения с поверхности проволоки:
, (6.1)
где e1 – интегральный коэффициент теплового излучения нити. Для определения e1 необходимо определить температуру проволоки Т1, температуру стенки внутренней стеклянной трубки Т2 (в шкале Кельвина) и плотность потока излучения с поверхности проволоки по формуле:
, (6.2)
где
;
d – диаметр вольфрамовой проволоки, м;
l – длина проволоки, м;
I – сила тока, А;
U – напряжение, В.
Формула для расчета температуры вольфрамовой проволоки имеет вид
,ОC (6.3)
где a – температурный коэффициент сопротивления вольфрама, ;
– сопротивление
проволоки при данной температуре, Ом;
Rнк – сопротивление вольфрамовой нити при комнатной температуре, Ом (измеряется мультиметром при отключенном нагревателе);
tК – комнатная температура, 0С.
2. Схема экспериментальной установки
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 6.1. На передней панели находится двухканальный измеритель температуры 2 типа ТРМ200, подключенный к хромель-копелевой термопаре, универсальный мультиметр 1 типа MY-67 с автоматическим переключением пределов измерений, тумблер электропитания установки 3, разъемы для подключения мультиметра.
На рис. 6.2 приведена принципиальная схема рабочего участка, электрическая схема питания и измерений. Нагреваемая вольфрамовая проволока-нить 7 находится в цилиндрическом стеклянном баллоне 8 с двойными стенками, между которыми находится вода. Внутренняя трубка вакуумирована до 10-5 мм. рт.ст. Температура стенки этой трубки Т2 считается равной температуре воды, находящейся между двойными стенками и постоянной в течении опыта. Она определяется хромель-копелевой термопарой 9, соединенной с измерителем температуры 2. Электропитание к вольфрамовой проволоке подводится от источника питания (ИП). На рис. 6.3 приведен общий вид экспериментальной установки.
3. Порядок проведения эксперимента
1. Включить стенд тумблером 3.
2. Измерить мультиметром (в режиме измерения сопротивления, установив ручку в положение Ω) электрическое сопротивление вольфрамовой проволоки RHK при комнатной температуре tK.
3. выключить мультиметр.
4. Включить источник питания 4 и измеритель температуры 2.
5. Установить напряжение на источнике питания от 5 до 15 В. Подождать несколько минут для получения стационарного режима (показания приборов не должны меняться значительно).
6. Определить температуру стенки трубки t2 по показаниям измерителя температур 2.
7. Повторить измерения для других значений напряжений, устанавливаемых на нити (в интервале от 5 до 15 В).
8. Убрать напряжение на нити. Выключить приборы и стенд.
9. Произвести необходимые вычисления.
10. Сделать вывод.
4. Исходные данные для расчетов
Параметры установки:
диаметр вольфрамовой проволоки d1 = 0,15 мм;
длина нити l = 450 мм.
Температурный
коэффициент сопротивления вольфрама
a
=
;
Таблица результатов измерений
№ п/п |
t2, 0С |
Т2, К |
U, B |
I, A |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|